日照港是中国重点发展的沿海主要港口, “一带一路”重要枢纽, 新亚欧大陆桥东方桥头堡。1982年开工建设, 1986年投产运营, 现拥有石臼、岚山两大港区, 58个生产性泊位, 年通过能力超过3亿t。为了支撑港口的日常运维日照港逐步建立了再生水、自来水2个供水管网, 用于满足港口的生产和居民的生活供水。目前区域内计量表共计400多只, 供水调节站1座, 蓄水池1座, 自来水及再生水管线约170km。各区域供水管网的敷设时间、所用材质、施工工艺、回填质量以及运行环境各不相同, 并且一些关键的供水信息 (如压力、流量) 没有数据化, 不利于掌握管网动态情况。目前公司供水管理工作基本处于半人工、半自动化的运行模式, 大量的重要数据信息如供水量等都需要依靠人工完成。仅依靠人工分析和发现问题的管理方式已无法满足现代供水管理的要求, 同时最近几年管网漏损明显呈现出逐年增加的趋势。在供水行业信息化需建设的8大应用系统, 目前日照港仅建有水厂集散型控制系统 (DCS系统) , 用于供水调节站进行供水调节。抄表和营业收费系统、计算机辅助调度系统 (SCADA系统) 、客户服务系统等都处于半自动化运行模式。

　　 根据国家《城市供水行业2010年技术进步发展规划》要求以及港区供水动态管理实际需求。要求提高港区供水管网运行的可靠性、降低漏损带来的成本增加, 必需不断完善基础管理工作, 依靠现代化的实时动态监控系统, 实时了解港口管网工作情况, 将全管网各级水表、监测点、自控阀门接入系统, 对全港区供水管网的压力、流量进行监测。实现港区供水系统科学调度, 在保证供水流量、压力满足有关标准的条件下, 尽量节省供水的能量、物质和人力资源消耗, 降低供水成本和故障处理时间, 提高供水系统安全性能和运行管理水平。

　　 随着港口的发展, 港口生产供水的需求也在日益提高。对于目前的供水管理也提出了较高的要求, 在保障安全供水的前提下, 如何降低漏损、及时发现管网运行异常、提高管网故障处置能力, 建立起一套供水管网动态运行监测系统, 采集供水管网中总表、大口径水表、管网压力的实时数据, 通过系统实现数据集中及分析。通过系统实现远程自动抄表的功能, 可以有效解决人工抄表存在的错抄、估抄、漏抄等问题, 克服很多人为因素对计量工作的干扰, 并降低工作人员的劳动强度。具体有以下4个建设目标。

　　 (1) 实现漏损管理:通过分区计量、最小流量分析、流量压力分析可以缩短漏损发现时间和区域, 减少长时间漏损带来的巨额损失。

　　 (2) 管网故障处理:监测系统的稽查功能能够综合分析各种特征, 及时发现管网异常情况, 如水压小、爆管故障停水等, 提高供水故障现场处置时效性, 为客户提供更优质的供水服务。

　　 (3) 抄表正确性及时性:通过远程自动抄表, 解决人工抄表存在的错抄、估抄、漏抄问题。可随时或定时抄读表计数据, 完成一次抄表只需数十秒。

　　 (4) 时间一致性:传统的抄表方式不能做到线路总表与各用户表之间的同时抄表, 抄表时差导致用量统计数据的不真实;而远程抄表技术可以基本消除这种时间差, 进一步提高数据分析的准确性。

　　 供水动态运行监测系统是以实测监测数据为基础, 采集水表、流量计、水质仪表、阀控点等数据, 利用计算机软件技术和统计学技术, 对供水管网进行日常分析评估、实时分析预警、管网漏损控制, 系统基于B/S构架的可视化平台。硬件设备选项基本要求为设备故障率低, 采集数据准确性高, 传输稳定, 系统设计基本要求为功能强大, 运行流畅稳定, 安全性高。最终系统硬件选择电池供电微功耗测控终端, 软件选择以monogdb为数据库, 以python为系统开发语言, 系统架构如图1所示

　　 供水动态运行监测系统组成:

　　 (1) 监控中心:主要硬件包括服务器、客户端、移动数据专线或GPRS数据传输模块;主要软件包括操作系统软件、数据库软件、供水动态运行监测系统、防火墙软件, 基本平台 (通讯平台) 。

　　 (2) 通信网络:INTERNE公网+中国移动公司GPRS网络、移动专网。

　　 (3) 终端设备:电池供电微功耗测控终端。

　　 (4) 计量表具:对口径50 mm及以上的脉冲式机械表、电磁流量计改造。

　　 (5) 关键阀门自控:对重要阀门进行改造, 采用电动阀可进行自动控制。

　　 供水动态运行监测系统建设是构筑在分布式网络环境下的大型应用系统, 该系统包括局域网内部办公、专业部门的数据交换、无线数据采集等几个部分。整个网络采用硬件防火墙及软件防火墙, 来确保网络安全。对计量科、管网科、水质科等部门的数据, 通过WebService接口及数据库共享方式进行数据交换。通过管网终端RTU采集流量、压力、水质等数据, 通过GPRS上发到数据库服务器中, 数据存入数据库中, 永久保存, 在WEB服务器上进行WEB系统发布。拓扑图如图2所示。

　　 本项目首批安装监控设备 (HD86锂电) 60套、压力传感器24套, 现场水表多为老式湿式水表, 分别为临沂亚翔水表和宁波复式水表 (子母表) 。水表已全部安装在现场, 项目进场后, 按照各用水单位、用水大小等情况进行现场作业, 现场改造水表, 更换指针、增加霍尔传感器, 将普通水表改造成远传水表如图3和图4所示。

　　 以上为日照港务现有水表升级前后的情况对比, 项目跟进现场水表的型号采用不同的霍尔传感器对现场水表进行升级为带有发讯功能的远传水表, 即可通过采集脉冲方式或者直读方式获取水表数据, 通过GPRS方式发送。如有水表和压力变送器混装的情况, 也可同时采集一起远传数据上发。同时由于现场环境复杂部分机械水表无法升级, 则更换计量精度更高的远传水表, 例如只能采集到一个脉冲为1 m³的水表, 更换为可采集一个脉冲为0.1m³的水表, 可使得远传数据更精确。

　　 在现场实施过程中, 为提高工作效率, 甲乙双方需要全力配合, 乙方需要有经验的工程师, 现场安装与调试, 特别是水表改造工作。甲方需要提前联系好用水单位, 准时停水作业, 施工完成后马上通水, 尽可能不影响用户用水, 所以每个现场点安装调试时间控制在30min以内。另外由于水表类型很多, 需要甲方与各水表厂家联系, 提出远传水表的解决方案。

　　 供水动态运行监测系统通过统一规划、分步实施的方式, 采用先进的信息化管理手段来进行建设。

　　 通过了解客户管理流程、日常工作需求、分区划分、用水性质、水表类型、使用年限等项目资料, 形成项目需求说明书, 并编写详细的项目实施方案。

　　 供水动态运行监测系统功能主要分为实时数据、历史数据、统计分析、分区计量、业务管理、综合报警、基础数据, 系统设置8大功能模块。可实现实时数据监测、实时数据分析、实时数据预警、历史报表统计分析、漏损分析、基础信息汇集、业务处理等功能, 满足客户日常使用所需, 从而实现漏损管理、管网故障处理、抄表准确性及时性、时间一致性。

　　 供水动态运行监测系统通过对管网的流量、压力等运行参数的实时监测, 数据以列表、图形、曲线、地图等方式展现。使各级管理人员能够及时、准确、全面、直观地掌握管网状况, 可为生产调度人提供合理指挥的辅助决策支持。

　　 系统根据某一段时间内统一监测点水量、压力值的明显变化分析判断该区域或该管线是否存在爆管及漏水情况, 并自动报警。通过历史数据采集, 形成经验数据, 根据人工经验, 对不同的监测点设置不同的报警参数。报警可设置流量压力的上下限制报警, 振幅报警, 并可对不同季节不同时段使用不同的报警方案, 从而使得报警更加准确有效。

　　 在本系统中, 系统在每次远传数据到达时均和前几日的同期数据进行比对, 通过计算后数值与历史数据产生较大偏差, 则系统产生相应的报警, 能够按照用水规律自动识别、自动报警, 提高了报警的有效性, 降低了报警的维护量。

　　 通过港区管辖划分, 将港区分为8个片区, 每个片区有考核表与用户表, 进行水量的同比与环比, 系统自动分析各区域或各管线的损耗量是否在正常值范围内, 也可以分析某用户的水量是否在正常范围内, 以设定的上浮值与下浮值进行对比, 根据某一段时间内统一监测点水量、压力值的明显变化分析判断该区域或该管线是否存在漏水或爆管情况, 根据这些信息, 针对性地开展检漏工作。每天系统定时自动对重要片区进行夜间最小流量分析, 对异常片区情况进行预警提示, 无需人为手工执行分析。图5为分区漏损分析示意。

　　 目前通过对港区重要的一、二级主管道和区域管道的运行压力、流量和用户水量等重要供水参数的采集和处理, 实现对供水系统进行实时动态监控管理, 及时掌握管网工作状态, 通过系统数据自动运算实现漏水分析、区域分析及节能潜力的挖掘, 最大限度降低因管网漏水造成的运营成本和维护成本的增加, 积累数据和经验, 为港口供水管网系统运行实时动态监测, 实现港口供水的科学管理, 提高经济效益打下基础。在未来2~3年内, 推进全港水表的远程计量抄表、管网自动化控制研究和建设工作。到2018年, 通过监测系统的完善和全部监测点的纳入, 最终实现港区供水各级主管线全部在线监测, 为供水管网调度管理提供有效的数据支持, 提高港口供水的管理水平和工作效率, 供水管理由信息化到智慧化转变的目标。